Урок-семинар по теме Природные источники углеводородов


«Ни один сосуд не вмещает больше своего
объема,
кроме сосуда знаний, он постоянно расширяется».
Арабская пословица.

Цели урока:

обобщить и систематизировать
знания учащихся о составе, технологии,
переработке и применении нефти, природного газа
и каменного угля, продолжить формирование
системы знаний о современном химическом
производстве, охране окружающей среды,
вырабатывать умения коллективного учебного
труда, формировать патриотические чувства
учащихся, расширять политехнический кругозор
учащихся, развивать умения переноса знаний об
общих закономерностях в конкретную ситуацию,
формировать умения анализировать
аргументировано излагать свою точку зрения,
вести дискуссию: «Ректификационная колонка».

Оборудование:

Таблица «Применение нефти»,
коллекция «Нефть», «Каменный уголь».

Оборудование к лабораторной работе:

2
пробирки с различной нефтью, раствор KMnO4 ,

Интерактивная доска:

ресурсы: состав нефти,
природного газа, попутного нефтяного газа;
опорные конспекты, задания для индивидуальной
работы.

План урока.

  • Организационный момент.
  • Каменный уголь: нахождение в природе, состав и
    значение.
  • Обобщение по теме урока.
  • Выводы.
  • Ход урока

    I. Организационный момент урока — 1 мин.

    Сообщение целей и задач урока, плана урока. В
    начале урока учащимся предлагается заполнить
    таблицу:


    Попутный нефтяной газ Природный газ Нефть Каменный уголь
    1. Состав
    2. Основной способ разделения
    3. Основные направления использования
    4. Важнейшие продукты, полученные из
    природных источников УВ.

    II. На интерактивной доске показать учащимся
    таблицы состава нефти, природного и попутного
    газа, каменного угля; на столах разложить
    коллекции газа, каменного угля и нефти.

    Учитель: Ассирийцы, древние китайцы и греки о
    происхождении природных источников
    углеводородов не задумывались. Лишь в XVIII веке
    ученые начали строить предположения, откуда же
    взялось столь ценное сырье. Автором биогенной
    (органической) гипотезы является М.В. Ломоносов -
    природные источники УВ образовались из останков
    мертвых организмов и буйной растительности,
    некогда покрывавшей планету. Параллельно
    развивалась минеральная (неорганическая) теория
    Д.И.Менделеева. ее суть в том, что природные газы и
    нефть — это продукты химических реакций, которые
    идут на большой глубине, там происходит
    взаимодействие воды с карбидами металлов, в
    результате чего образующиеся УВ через трещины
    выдавливаются ближе к поверхности.

    На протяжении последующих двух веков ученые
    разрабатывали и проверяли обе гипотезы.
    Доказано, что газ и нефть может образовываться и
    тем и другим способом, так как сегодня ее
    добывают не только в осадочных породах, но и в
    гранитных породах, что никак не стыкуется с
    биогенной теорией, зато хорошо объясняется
    минеральной теорией (н-р, гигантское
    месторождение «Белый тигр» во Вьетнаме). И таких
    примеров выявилось очень много. Были вовсе
    сенсационные наблюдения: оказалось, что во
    многих давно открытых месторождениях добыть 150 %
    сырья от ранее подсчитанных запасов, и оно все не
    кончается. Подпитка нефтью и газом идет с глубин,
    ведь непроницаемых пород в природе не
    существует. Такие месторождения есть в Карпатах,
    Грузии, Азербайджане, Южной Африке, на старых
    промыслах Грозного.

    Так кто был прав, Ломоносов или Менделеев?
    «Природу нельзя ограничивать, углеводороды
    могут образовываться и тем и другим способом» -
    уверен академик А. Дмитревский (директор
    института проблем нефти и газа РАН).

    Доктор геолого-минералогических наук Вадим
    Скарятин предлагает изменить стратегию добычи
    нефти на основании научных расчетов: снижать
    темпы выкачивания сырья, учитывать скорость
    притока нефти, консервировать на время скважины.
    Тогда Земля подарит нам намного больше своего
    газа и «черного золота».

    Учитель: Какие основные источники УВ мы знаем?
    (Анализируем таблицы).

    Учитель: Природные горючие газы — это смеси
    газообразных УВ различного строения,
    заполняющие пустоты в горных породах, почве,
    растворенными в нефти и пластовых водах.

    Нефтяные попутные газы — смеси УВ,
    сопутствующие нефти и растворенные в ней при
    повышенном давлении. При подъеме нефти на
    поверхность выделяются из нее первыми
    вследствии снижения давления.

    Состав их различен.

    Сообщение ученика на основе заполненной
    таблицы — состав природного и попутного
    нефтяного газа.

    Опорный конспект «Применение и состав
    природного газа, попутного нефтяного газа».

    Вывод: Попутные нефтяные газы содержат больше
    различных гомологов метана, чем природные,
    поэтому это ценное органическое сырье.

    Учитель: Задание классу: Составить как можно
    больше химических реакций, демонстрирующих, что
    природный газ и попутный нефтяной газ -
    бесценное сырье для органического синтеза.

    Ученики отвечают, составляя уравнения
    химических реакций у доски, дополняют с места
    ответы.

    Учитель: Запасы природного газа в России
    составляют 120тыс млрд м3 . 90 % добываемых УВ
    используют как топливо, лишь 10 % — как сырье. Из
    метана и его гомологов получают Н2, саксу,
    ацетилен, этилен, бутадиен, бензол, углеводороды
    изостроения. Предлагаю вам вспомнить
    технологическое задание по вариантам.

    I вариант:

    Найдите молекулярную формулу
    углеводорода, массовая доля водорода в котором 25
    %, относительная плотность по кислороду 0,5. (Ответ:
    СН4 ).

    II вариант

    : Найдите молекулярную формулу УВ,
    массовая доля углерода в котором составляет 81,8 %.
    Относительная плотность вещества по азоту равна
    1,57. (Ответ: С3Н8 ).

    Проверка выполнения задания — самопроверка
    учащихся с интерактивной доски.

    Учитель: Нефть. Вероятно, трудно найти среди
    народов Земли слово более понятное и емкое, чем
    это. За ним стоит мир машин и вещей, окружающих
    нас, энергетическая база страны, надежда на
    лучшее будущее.

    Наметились три основных направления
    использования нефти: получение энергетического
    сырья, получение материалов с заданными
    свойствами, производство химических и
    фармацевтических продуктов.

    Все источники УВ имеют огромное значение, но
    наибольшее имеет нефть, так как она представляет
    смесь жидких, твердых и газообразных УВ с
    молекулярным составом от С1 — С6О. В
    составе нефти до 100 химических соединений.
    Познакомимся с составом нефти и историей
    развития нефтяной индустрии.

    Ученик: Соотношение парафинов, циклопарафинов
    и аренов в нефтях разных месторождений
    различные. (Демонстрация нефти).

    Например, Бакинская нефть — циклоалканами,
    нефть Западной Сибири и Урала, Мангышлака -
    алканами.

    В небольшом количестве в нефти содержатся сера,
    которая оказывает негативное воздействие на
    качество горючего, поэтому нефть обязательно
    очищают от серы. Также входят азот, но он не
    снижает качества нефти, а кислород, который
    входит в состав фенолов, кислот, кетонов, снижает
    октановое число бензинов, поэтому
    нефтепереработчикам приходится избавляться от
    кислородсодержащих органических веществ.

    Нефть — это маслянистая горючая жидкость
    обычно темного цвета от коричневого до черного,
    легче воды (плотность от 0,73 — 0,97 г/см3), в
    воде не растворяется (1л нефти загрязняет 400 000л
    воды), не имеет постоянной температуры кипения,
    так как представляет собой смесь УВ.

    В своем развитии нефтяная индустрия прошла
    большой путь. В 1900г добыча нефти во всем мире
    составляла около 20 млн т., через 20 лет — 27 млн
    тонн, в 1928г — 200 млн тонн, в 2000году только в России
    - 270 млрд тонн.

    При возрастающих масштабах использования
    нефтепродуктов в качестве топлива большое
    значение приобрела охрана окружающей среды от
    продуктов ее сгорания и разливов нефти.

    Количество поступающей за год в Мировой океан
    нефти оценивается в 5-10 млн тонн. Подсчитано, что
    200000тонн нефти достаточно, чтобы превратить
    Балтийское море в биологическую пустыню.

    Нефть и нефтепродукты поступают в океан при
    разведке и добыче нефти, при аварии судов и сливе
    балластовых вод танкеров. Нефтяная пленка
    покрывает морскую поверхность и весь планктон,
    животный и растительный мир погибает, нарушается
    обмен теплоты, влаги, газов, нарушается
    биологическое равновесие водоемов.



    Учитель: А теперь, зная состав нефти, мы можем
    рассмотреть, какие составляющие фракции
    получают из нефти, подвергая ее, как и природный
    газ фракционной перегонке в ректификационных
    колонках.

    Далее следует сообщение ученика об
    устройстве трубчатой печи для нагревания нефти и
    ректификационной колонки и основных фракциях
    нефти с опорой на таблицу. Перегонка основана на
    различии в температуре кипения УВ с различной
    молекулярной массой.

    Продукты, получаемые в результате первичной
    переработки нефти, ученики записывают в таблицу,
    а учащийся продолжает сообщение, рассказывая о
    применении фракций нефтепродуктов.

    Таблица.


    Светлые продукты Состав Температура кипения Применение
    Бензин С5 — С11 50 — 180 Горючее для автомашин, для поршневых
    самолетов, растворитель каучуков.
    Лигроин С8 — С14 120 — 240 Горючее для тракторов
    Керосин С12 — С18 150 — 300 Горючее для тракторов, ракет,
    реактивных двигателей.
    Газойль С13 — С15 200 — 300 Горючее для дизелей.

    В печи после отгонки из нефти светлых
    нефтепродуктов остается черная жидкость: мазут и
    твердый остаток перегонки нефти — асфальт. Он
    представляет ценную смесь большого количества
    высокомолекулярных УВ из мазута путем перегонки
    получают смазочные масла (С16 — С28 ),
    вазелин, гудрон (темп. примерно 350 градусов,
    давление пониженное, чтобы не происходили
    реакции крекинга).

    Вывод: выход бензина в условиях первичной
    переработки нефти 20 %, а потребность в нем и
    горюче-смазочных материалах огромна. Как можно
    увеличить выход этих фракций?

    Далее следует сообщение ученика о крекинге
    нефтепродуктов с опорой на конспект.

    Увеличить выход бензина из нефти можно с
    помощью крекинга — разложение УВ, вторичная
    переработка нефти.

    Вывод: крекинг бензина содержит много
    непредельных УВ. Такой бензин неустойчив при
    хранении, т.к. легко образуются
    высокомолекулярные смолы в результате
    полимеризации, бензин каталитического крекинга
    более устойчив при хранении и имеет большое
    октановое число, т.к. в нем меньше непредельных
    УВ, большое количество разветленных УВ. Для
    увеличения детанационной стойкости бензина и
    увеличения октанового числа бензина применяют
    риформинг (ароматизацию) — это переработка
    бензиновых и лигроиновых фракций нефти для
    получения автомобильных бензинов, процесс
    превращения парафинов и циклопарафинов в
    ароматические УВ, вследствие чего повышается
    октановое число бензинов.

    Технологическое задание: исследуйте
    содержание непредельных УВ в бензине (к 1мл
    бензина прилейте 1мл слабо-розового р-ра КMnO4 ).
    Сделайте вывод о содержании в бензине
    непредельных УВ, какими свойствами обладает
    крекинг-бензин, как улучшить его качество и
    условия хранения?

    Покажите с помощью химических реакций, какие
    важнейшие химические продукты можно получить на
    основе веществ, входящих в состав нефти. Назовите
    эти вещества:

    Учитель: Запасы каменного угля в мире
    составляют 20-25 млрд тонн. В каменном угле
    содержатся разнообразные твердые углеводороды,
    а также высокомолекулярные соединения,
    содержащие С, Н, О, N, S. Каменный уголь при
    нагревании до 1000 градусов в специальной коксовой
    печи подвергается термическому разложению
    (крекингу), в результате чего образуется: а)
    твердый остаток — кокс; б) каменноугольная смола,
    состоящая из бензола и его гомологов, нафталина;
    в) аммиачная вода; г) коксовый газ, содержащий СН4,
    Н2, СО.

    Далее следует сообщение учащегося «Устройство
    коксовой печи и принцип производства». На
    интерактивной доске в это время следующая схема:
    «Продукты коксования и их применение».

    Основными недостатками коксохимического
    производства — это периодичность и длительность
    процесса, использование мощных систем защиты
    окружающей среды от вредных веществ. Например,
    при загрузке шихты и выдаче 1т кокса
    выбрасывается: 0,75 кг пыли, 0,55кг сероводорода,
    0,07кг аммиака, 0,0004кг цианидов, 0,13кг фенола, 0,16кг
    ароматических углеводородов.

    Учитель: Углехимия — это перспективная область
    получения жидкого синтетического топлива -
    высокооктанового бензина, дизельного и
    котельного топлива. Для его получения из угля,
    необходимо увеличить в нем содержание водорода
    путем гидрирования. Реакцию гидрирования
    проводят, используя многократную циркуляцию,
    которая позволяет превратить в жидкость и газы
    всю органическую массу угля. Газификация угля
    позволит использовать низкокачественный бурый и
    каменный уголь на теплоэлектростанциях,
    получения концентрированного угарного газа (СО).

    III. Обобщение по теме урока — таблица..

    Учитель: Вернемся к заданию, которое получили в
    начале урока.

    Назовем важнейшие источники природных УВ.

    Сравним состав попутного и природного газа,
    нефти и каменного угля.

    Назовем основные направления использования
    природного газа, попутного нефтяного газа, нефти
    и каменного угля.

    Назовем важнейшие продукты, полученные из
    природных источников углеводородов.

    Закрепите знания, полученные на уроке в ходе
    выполнения тестовой работы.

    ТЕСТ «Природные источники УВ».

    1 вариант:

    1. Основными компонентами
    природного газа являются:

    а) СН4 б) СН4 и гомологи до С5Н12
    в) СН4 гомологи до С5Н12
    нефтегазовые примеси.

    2. Природные источники УВ: а) нефть б) природный и
    попутный нефтяной газ в) природный и попутный
    нефтяной газ, кокс, нефть.

    3. В основе разделения природных источников
    углеводородов находятся различные: а)t плав. б) t
    кип.

    4. Какая из реакций отражает крекинг
    нефтепродукции: а) С4Н10 = С4Н8 +
    Н2 б) С6Н12 + Н2 = С6Н14
    в) С20Н42 = С10Н22 + С10Н20.

    5. Основные направления использования
    природного и попутного нефтяного газа: а)
    важнейшее сырье б) топливо в) сырье и топливо.

    6. Перечислить фракции, выделенные из нефти до t
    до 300С.

    ___________________________________________________________________________________

    2 вариант:

    1. Основными компонентами попутного газа
    являются: а) метан б) СН4,С2Н4, С3Н8,
    С4Н10, С5Н12, С6Н14
    в) СН4 и его гомологи и неорганические
    примеси.

    2. Нефть — это: а) жидкие УВ б) газообразные УВ в)
    смесь жидких, газообразных, твердых УВ.

    3. В основе разделения нефти на фракции
    находятся различные: а)t плав. б) t кип.

    4. Какая из реакций отражает крекинг
    нефтепродукции: а) С4Н8 + Н2О= С4Н9ОН
    б) С40Н82 = С20Н42 + С20Н40
    в) С6Н6 + 3Н2 = С6Н12

    5. Основные направления использования нефти: а)
    сырье и топливо б) сырье в) топливо.

    6. Перечислить фракции, выделенные из нефти при t
    больше 300С.

    ___________________________________________________________________________________

    Ответы:

    1 вариант: 1в, 2в, 3б, 4в, 5в, 6 — бензин, лигроин,
    керосин, газойль.

    2 вариант: 1в, 2в, 3б, 4б, 5а, 6 — мазут, смазочные
    масла, нефтяной пек (гудрон, вазелин, твердые
    парафины).

    Далее следует самопроверка с интерактивной
    доски.

    IV. Выводы по уроку.

    Учитель: Нефть, газ, каменный уголь — это не
    только топливо, но и важнейшее химическое сырье.
    В недалеком будущем им будет найдена замена в
    топливо-энергетическом комплексе страны
    (ядерная энергия, энергия солнца, ветра,
    использование Н2).

    Сокращение использования нефти и газа в
    теплоэнергетике — путь не только к более
    рациональному ее применению, но и сохранение
    этого сырья для будущих поколений. УВ сырье
    должно использоваться только в перерабатывающей
    промышленности для получения разнообразной
    продукции. К сожалению, ситуация пока не меняется
    и 90% добываемой нефти и газа служит топливом.

    Поэтому домашнее задание предлагается
    выполнить в виде творческой работы:
    «Использование природных источников УВ в
    органическом синтезе».

    Приложение.




    Следующий: